[发明专利]一种混合多端直流输电系统的运行方式计算方法

权利要求书

1.一种混合多端直流输电系统的运行方式计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

分析混合直流输电系统约束条件，所述约束条件包括：各个换流站约束条件、各换流站交流网络约束条件、直流输电线路约束条件；

通过对整个系统进行等效，根据等效系统的串联结构，在各端电流相等条件下，分析各换流站电压、电流及功率表达式，计算系统的电压耦合表达式和功率耦合表达式；

根据电压耦合表达式和功率耦合表达式计算各换流站电压和功率运行范围及运行方式；

确定等效直流输电系统数学模型9个变量中的3个变量，计算等效系统的一般运行方式；

具体包括如下步骤：

步骤1：分析混合直流输电系统约束条件

1)整流侧LCC约束条件：

整流侧LCC的电压U_dcR、功率P_dcR关系为：

其中，U_LR为换流变压器二次侧电压，α为触发角，X_Rc为换流变压器漏抗，I_dcR为直流电流；

考虑晶闸管的耐电压和电流水平，第r站整流侧LCC的约束条件为：

其中，1≤r≤i；

2)逆变侧LCC约束条件：

逆变侧LCC的电压U_dci、功率P_dci关系为：

其中，U_Li为换流变压器二次侧电压，γ为熄弧角，X_ic为换流变压器漏抗，I_dci为直流电流；

考虑晶闸管的耐电压和电流水平，第s站逆变侧LCC的约束条件为：

其中，1≤s≤j；

3)VSC约束条件

考虑到IGBT的耐电压和耐电流能力，第t站VSC的电压U_VSC(t)、电流I_VSC(t)、功率P_VSC(t)约束条件为：

其中，1≤t≤k；

4)直流网络约束条件

考虑线路热容量和断路器容量，直流电流I_dc、直流电压U_dc约束为

5)交流网络约束条件

为维持各端交流电压稳定性，各端交流电压约束条件为：

U_{ac_min}≤U_ac≤U_{ac_max}

步骤2：针对不同的实际工程，具体调整约束条件；

步骤3：对约束条件进行具体赋值，计算各换流站电流、电压和功率运行范围；

步骤4：将混合多端系统进行等效：

1)整流侧i个串联LCC等效为单个LCC系统：

I_r，U_r，P_r分别为第r站整流侧LCC直流电流、电压、功率；

等效LCC系统记为eq1站，I_eq1，U_eq1，P_eq1分别为等效LCC系统的直流电流、电压、功率，α_eq1为等效系统触发角：

式中，A、B均为常数；

2)逆变侧j个串联LCC等效为单个LCC系统；

I_s，U_s，P_s分别为第s站逆变侧LCC直流电流、电压、功率；

等效LCC系统记为eq2站，I_eq2，U_eq2，P_eq2分别为等效LCC系统的直流电流、电压、功率，γ_eq2为等效系统熄弧角：

式中，m、n均为常数；

3)逆变侧k个并联VSC等效为单个VSC系统；

I_t，U_t，P_t分别为第t站逆变侧VSC直流电流、电压、功率；

等效VSC系统记为eq3站，I_eq3，U_eq3，P_eq3分别为等效VSC系统的直流电流、电压、功率：

步骤5：根据等效系统的串联结构，在各端电流相等条件下，计算系统的电压耦合表达式和功率耦合表达式，将步骤4中的等效系统变量的下标eq省略：

1)系统电压关系式为

其中，A，B，m，n均为常数，R为直流线路电阻，α₁为等效系统中整流侧LCC触发角，γ₂为等效系统中逆变侧LCC熄弧角，U₁，U₂，U₃，I₁，I₂，I₃为等效系统中各换流站直流电压和直流电流，U_L为直流线路电压损耗

求得

系统直流电流相等，得到电压耦合表达式：

其中，C，D，E均为常数，R为直流线路电阻；

2)系统的功率关系式为

其中P₁，P₂和P₃为等效系统中各换流站直流功率，P_L为线路功率损耗

求得：

其中

系统直流电流相等，得到功率耦合表达式：

步骤6：计算各换流站在耦合条件下的电压和功率运行范围并绘制运行范围曲面；

步骤7：根据电压耦合式，初始化触发角α₁，确定等效系统电压运行范围；

步骤8：根据电压耦合式，预设VSC电压值U₃，两电压运行范围曲面相交所得曲线即为逆变LCC运行范围；

步骤9：根据电压耦合式，预设逆变侧LCC熄弧角值γ₂，γ₂对应的电压运行范围曲面与LCC运行范围所交的点在各坐标轴投影即为等效系统的直流电压运行方式；

步骤10：根据功率耦合式，求得在不同的触发角α₁下，系统的功率运行范围；初始化触发角α₁，并预设VSC功率值P₃和逆变LCC熄弧角γ₂，确定等效直流系统功率运行方式；

步骤11：通过确定等效直流输电系统数学模型9个变量中的3个变量，计算等效直流系统的一般运行方式；

步骤12：计算并联各端VSC的电流或功率分配，确定并联各端VSC运行方式根据并联VSC的约束条件，确定并联各端VSC运行方式；

步骤13：计算逆变侧串联各端LCC的电压或功率分配，确定串联LCC各端运行方式；

步骤14：计算整流侧串联各端LCC的电压或功率分配，确定串联LCC各端运行方式；

步骤15：计算并确定整个系统运行方式。